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Verfahren zur Herstellung von flüssigem Stickstoffdioxyd. Bei der
Herstellung von Salpetersäure aus Luftstickstoff durch Verbrennung im elektrischen
Flammenbogen war man bestrebt, das abgezogene Gasgemisch so weit abzukühlen, daß
man unmittelbar flüssiges oder festes Stickstoffdioxyd (N=O,,) erhielt. Zu diesem
Zweck müssen .die nitrosen Gase auf etwa - 6o° C abgekühlt werden..
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Als Kälteüberträger kamen bisher nur organische Flüssigkeiten in Betracht,
die wie Toluol und Benzin bei den niedrigen Temperaturen noch nicht erstarren. Eine
große Gefahrquelle lag dabei in dem Umstand, daß bei den geringsten Undichtigkeiten
eine Mischung von Stickstoffdioxyd und Toluol entstand, die einen gefährlichen Sprengstoff
darstellt. Tatsächlich sind infolge dieser Verhältnisse derartige Fabrikbetriebe
.durch Explosion. zerstört worden. Infolgedessen hat man auf die Verflüssigung der
Stickstoffdioxvde verzichtet und sich mit der Herstellung von verdünnter Salpetersäure
begnügt.
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Nach der Erfindung läßt sich die Verflüssigung von Stickstoffdioxyd
völlig gefahrlos durchführen, wenn man an Stelle von organischen Flüssigkeiten als
Kälteüberträger verdichtete Gase, z. B. Luft oder Stickstoff, benutzt. Gase haben
im hochkomprimierten Zustand eine so hohe Dichte und Wärmekapazität, daß sie dann
so wie Flüssigkeiten als Kälteüberträger dienen können. Wenn man aber im vorliegenden
Fall die Stickstoffoxydation, wie bisher üblich, unter Atmosphärendruck ausführt,
braucht man nicht Hochdrucke anzuwenden; es genügt schon, wenn die Kühlgase beispielsweise
fünf- bis zehnmal dichter sind als das zu kühlende Gas.
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Man hat schon früher vorgeschlagen, Luft im expandierten und dadurch
gekühlten Zustand zur Kühlung zu benutzen. - Dann. sind aber Kühlflächen von sehr
viel größeren Ausmaßen nötig, und die Luft muß immer wieder von neuem verdichtet
werden, während sie bei dem vorliegenden Verfahren im Kreislauf immer weiter benutzt
werden kann und infolge der größeren Wärmekapazität nur ein entsprechender Bruchteil
an Kühlfläche erforderlich ist.
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Die Wärmekapazität für i cbm Stickstoff von i5° C unter i Atm. Druck
beträgt o,286 W. E. (Hütte, a2. Aufl., B.d. i, S. 398). Da die Wärmekapazität direkt
proportional der Gasdichte ist, beträgt sie bei ioo Atm. Druck 28,6 W. E. Für den
Wärmeübergang von einem verdichteten Gas auf eine Rohrwand errechnen sich die Abmessungen
der Kühlfläche aus der zu übertragenden @Ä.%ärme und aus der zur Bewegung .des Kühlgases
aufzuwendenden Arbeit. Aus diesen beiden Größen lassen sich bei gegebener zirkulierender
Gasmenge Durchmesser und Länge der erforderlichen Rohrleitung bestimmen. Man. findet,
(iaß die Kühlfläche annähernd umgekehrt proportional ist der Dichte des Gases, also
auch seinem Druck. Für ein technisches Ausführungsbeispiel
ergab
sich, claß die zum Wärmeaustausch sonst erforderliche Fläche von 165 qm durch Verwendung
von verdichtetem Gas sich auf etwa -1,5 qm herab--,etzen läßt. Das bedeutet naturgemäß
eine außerordentliche Verminderung vier Anschafflings- 1111-l hlstandllalinngskosten.
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Die Temperatur des Kühlgases mußte bisher etwa - 6o° C betragen, um
das Sticksioffdioxvd, wie bisher üblich, als Schnee niederzuschlagen. Eine so weite
Abkühlung war bisher nötig, weil die nitrosen Gase selbst nur unter Atmosphärendruck
standen und das ini FlaminenLogen entstandene Stickstoffdioxv(1 daher nur in großer
Verdünnung in den hiihlrauin gelangte. Den Flammenbogen und damit das z11 kühlende
Gas einem Druck von z. B. t s Atin. auszusetzen, verbot sich bisher wegen. der damit
verbundenen großen Gefahren, welche jedes Undichtwerden der Leitungen mit sich gebracht
hätte. Steht jedoch gemäß der Erfindung (las Kühlgas selbst Unter einem noch wesentlich
höheren Druck, so wirkt es zugleich als Schlitzgas, dessen Vermischen mit (lein
Stickstoffdioxyd infolge etwaiger C'ndichtigkeiten keine Gefahr bedeutet. Die Bedenken,
den Flammenbogen unter Druck brennen zu lassen, fallen dann somit fort. Die Konzentration
des Stickstoffdioxydgases ist im Kühlraum eine erheblich größere. Man kann mit einer
Temperatur des Kühlgases von etwa - 2o° C auskommen, wobei das Stickstoffdioxyd
in flüssiger Form abgeschieden wird. Das ist ein weiterer wesentlicher Vorteil,
weil das flüssige Produkt kontinuierlich abgezogen werden ka_in, während bisher
bei der Kondensation z11 Schnee inuner chargenweise gearbeitet werlen. muß.
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Die direkte Verflüssigung der Stickstoffoxyde ist von großer wirtschaftlicher
Bedeutung, weil man auf diese Weise unmittelbar hochkonzentrierte Salpetersäure
(von über 75 Prozent) erzeugen kann, und weil außerdeni flüssiges Stickstoffdioxyd
für viele chemische Prozesse (z. B, zum Nitrieren) ein ideales Ausgangsmaterial
ist.